课程设计说明书课程设计说明书课程名称 单片机应用设计设计题目 基于单片机时钟设计专业 M 自动化 101学生姓名 凌德健 班级 学号 1061417120 完成日期 2013、12、11 盐城工学院电气学院YanCheng Institute of Technology盐城工学院电气学院课程设计任务书姓 名： 凌德健 院 （系）：电气工程学院专 业： 自动化 班 号：M 自动化 101任务起至日期： 2013 年 12 月 1 日至 2013 年 12 月 11 日课程设计题目： 已知技术参数和设已知技术参数和设计要求：（1）AT89C51 单片机（2）DS12887 定时器（3）DS1232 看门狗（4）LED 液晶显示（5）市电降压（6）Altium 软件计要求：预期设计效果：设计一个基于单片机的电子时钟，要求能够实现时、分、秒。 工作计划安排：同组设计者及分工：成绩评定：_ 指导教师签字： _ _年 月 日 第 1 章 电子时钟的工作原理本次设计时钟电路，使用了 AT89C51 单片机芯片控制电路，单片机控制电路简单且省去了很多复杂的线路，使得电路简明易懂，用 C 语言程序来控制整个时钟的显示，使得编程变得更容易，这样通过五个模块：芯片、显示屏、看门狗、电源、时钟即可满足设计要求。此设计原理图框图如图 1-1 所示，此电路包括以下五个部分：单片机、时钟电路、看门狗、液晶屏、电源模块、时钟振荡电路。图 1-1 主电路设计框图本设计采用 C 语言程序设计，使单片机控制数码管显示年、月、日、时、分、秒，当秒计数满 60 时就向分进位，分计数器计满 60 后向时计数器进位，小时计数器按“23 翻 0”规律计数。时、分、秒的计数结果经过数据处理可直接送显示器显示。当计时发生误差的时候可以用校时电路进行校正。设计采用的是时、分、秒显示，单片机对数据进行处理同时在LED 上显示。AT89C51主控模块DS12887时钟电路时钟振荡模块DS12887 看门狗LED 显示模块电源模块第 2 章 系统硬件电路设计及元件2.1 AT89C51 芯片AT89C51 是美国ATMEL 公司生产的8 位Flash ROM 单片机。其最突出的优点是片内ROM 为Flash ROM，可擦写1000 次以上，应用并不复杂的通用ROM 写入器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有片程序ROM 二级保密系统。因此可灵活应用于各种控制领域。AT89C51 包含以下一些功能部件：（1）一个 8 位 CPU ；（2）一个片内振荡器和时钟电路；（3）4KB Flash ROM ；（4）128B 内 RAM；（5）可寻址 64KB 的外 ROM 和外 RAM 控制电路；（6）两个 16 位定时/计数器；（7）21 个特殊功能寄存器；（8）4 个 8 位并行 I/O 口；（9）一个可编程全双工串行口；（10）5 个中断源，可设置成 2 个优先级。AT89C51 单片机一般采用双列直插 DIP 封装，共 40 个引脚，图 2-1 为其引脚排列图。40 个引脚大致可分为 4 类：电源、时钟、控制各 I/O 引脚。图 2-1 AT89C51 引脚图2.1.1 电源Vcc芯片电源，接+5V；GND接地端。2.1.2 时钟XTAL1、XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。2.1.3 控制线控制线共有 4 根，其中 3 根是复用线。所谓复用线是指具有两种功能，正常使用时是一种功能，在某种条件下是另一种功能。1、ALE/ PROG 地址锁存允许/片内 EPROM 编程脉冲。（1）ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低八位地址。AT89C51 在并行扩展外存储器时， P0 口用于分时传送低 8 位地址和数据信号，且均为二进制数。当 ALE 信号有效时，P0 口传送的是低 8 位地址信号；ALE 信号无效时，P0 口传送的是低 8 位地址信号。在 ALE 信号的下降沿，锁定 P0 口传送的内容，即低 8 位地址信号。需要指出的是，当 CPU 不执行访问外 RAM 指令，ALE 以时钟振荡频率 1/6 的固定频率输出，因此 ALE 信号也可作为外部芯片 CLK 时钟或其他需要。但是，当 CPU 执行 MOVX 指令时，ALE 将跳过一个 ALE 脉冲。（2） PROG 功能：片内 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。2、PSEN 外 ROM 读选通信号。89C51 读外 ROM 时，每个机器周期内 PSEN 两次有效输出。PSEN 可作为外 ROM 芯片输出允许 OE 的选通信号。在读内 ROM 或读外 RAM 时， PSEN 无效。3、RST/VPD复位/备用电源。（1）正常工作时，RST 端为复位信号输入端，只要在该引脚上连续保持两个机器周期以上高电平，AT89C51 芯片即实现复位操作，复位后一切从头开始，CPU 从 0000H 开始执行指令。（2）VPD 功能：在 VCC 掉电情况下，该引脚可接上备用电源，由VPD 向片内 RAM 供电，以保持片内 RAM 中的数据不丢失。4、EA /VPP内外 ROM 选择/片内 EPROM 编程电源。（1） EA 功能：正常工作时， EA 为内外 ROM 选择端。 AT89C51 单片机 ROM 寻址范围为 64KB，其中 4KB 在片内，60KB 在片外。当 EA 保持高电平时，先访问内 ROM，但当 PC 值超过 4KB 时，将自动转向执行外ROM 中的程序。当 EA 保持低电平时，则只访问外 ROM，不管芯片内有否内 ROM。（2）VPP 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚用于施加编程电源。2.1.4 I/O 引脚AT89C51 有 P0、P1、P2、P3 4 个 8 位并行 I/O 端口，共 32 个引脚。P0 口是一组 8 位漏级开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口写 1 时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低 8 位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在 Flash 编程时，P0 端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1 口是带内部上拉电阻的双向 I/O 口，向 P1 口写入 1 时 P1 口被内部上拉为高电平，可用作输入口。当作为输入脚时被外部信号拉低的 P1口会因为内部上拉而输出一个电流。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。P2 口是带内部上拉电阻的双向 I/O 口，向 P2 口写入 1 时 P2 口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的 P2 口会因为内部上拉而输出电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器(例如执行 MOVX DPTR 指令)时，P2 口送出高 8 位地址数据，当使用 8 位寻址方式(MOVXRI)访问外部数据存储器时，P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容，在整个访问期间不改变。Flash 编程和程序校验时，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3 口是带内部上拉电阻的双向 I/O 口，向 P3 口写入 1 时 P3 口被内部上拉为高电平可用作输入口，当作为输入脚时被外部拉低的 P3 口会因为内部上拉而输出电流。P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的是它的第二功能，如表 2-1 所示：表 2-1 P3 端口的特殊功能端口引脚 兼 用 功 能P3.0RXD 串行输入口 P3.1TXD 串行输出口 P3.2/INT0 外部中断 0 P3.3/INT1 外部中断 1 P3.4T0 定时器 0 的外部输入 P3.5T1 定时器 1 的外部输入 P3.6/WR 外部数据存储器写选通 P3.7/RD 外部数据存储器读选通 2.2 DS1232 芯片DS1232 是由美国 DALLAS 公司生产的微处理器监控电路，采用 8 脚DIP 封装，具有看门狗功能的电源监测芯片，在电源上电、断电、电压瞬态下降和死机时都会输出一个复位脉冲。电压偏差监测环节数字彩排环 节门电路(与门)数字延时环 节按键防抖 时间溢出比 复位输出电压传感器DS1232 的的主要特点：（1）在微处理器失控状态下可以停止和重新启动微处理器；（2）具有 8 脚 DIP 封装和 16 脚 SOIC 贴片封装两种形式，可以满足不同设计要求；（3）微处理器掉电或电源电压瞬变时可自动复位；（4）具有 5%或 10%的两种电源监测精度。2.3.1 DS1232 引脚功能及内部结构DS1232 各引脚功能：RESTE：复位键连接引脚，直接连接复位键；TD ：看门狗定时器延时设置。如果连接到地，输入给看门狗的脉冲间隔不得大于 150 毫秒；如果不连接，脉冲间隔不得大于 600 毫秒；如果连接到电源，脉冲间隔不得大于 1.2 秒；TOL ：选择 5%或 10%的电源监测精度。如果这个引脚连接到地，当电源下降到 4.75V 时芯片将输出一个复位脉冲；如果这个引脚连接到 5V，只有当电源下降到 4.5V 时芯片才输出一个复位脉冲；GND ：地线；RST：复位高脉冲输出引脚；RST：复位低脉冲输出引脚；ST：看门狗脉冲输入，低脉冲有效；VCC：5V 电源。DS1232 的引脚如图 2-5 所示：图 2-5 DS1232 的引脚图芯片 DS1232 在系统工作时，必须不间断的给引脚 7 输入一个脉冲系列，这个脉冲的时间间隔由引脚 2 设定，如果脉冲间隔大于引脚 2 的设定值，芯片将输出一个复位脉冲使单片机复位。一般将这个功能称为看门狗，将输入给看门狗的一系列脉冲称为“喂狗” 。STVcTOLPBSENTD图 2-6 DS1232 内部结构DS1232 的功能1、电源电压监视DS1232 能够实时监测向微处理器供电的电源电压，当电源电压 VCC低于预置值时,DS1232 的第 5 脚和第 6 脚输出互补复位信号 RST 和/RST。预置值通过第 3 脚(TOL)来设定；当 TOL 接地时,RST 和/RST 信号在电源电压跌落至 4.75V 以下时产生；当 TOL 与 VCC 相连时,只有当 VCC 跌落至4.5V 以下时才产生 RST 和/RST 信号。当电源恢复正常后,RST 和/RST 信号至少保持 250ms，以保证微处理器的正常复位。2、按键复位在单片机产品中,最简单的按键复位电路是由电阻和电容构成的,如果系统扩展存在需要和微处理器同时复位的其他接口芯片，这种简单的阻容复位电路往往不能满足整体复位的要求。DS1232 提供了可直接连接复位按键的输入端/PBSEN(第 1 脚)，在该引脚上输入低电平信号，将在/RST和 RST 端输出至少 250ms 的复位信号。3、看门狗定时器在 DS1232 内部集成有看门狗定时器,当 DS1232 的 ST 端在设置的周期时间内没有有效信号到来时，DS1232 的 RST 和 RST 端将产生复位信号以强迫微处理器复位。这一功能对于防止由于干扰等原因造成的微处理器死机是非常有效的。看门狗定时器的定时时间由 DS1232 的 TD 引脚确定，见表 2-6 所示：表 2-6 看门狗定时器定